نانو فیلتراسیون از جمله ممبران های غشایی نیمه‌تراوا است که دارای منافذی با اندازه‌ی 0.0001 میکرون می‌باشد. با وارد امدن فشار به آب برای عبور از این منافذ، بسیاری از نمکها، عناصر شیمیایی، املاح و ذرات معلق در فیلترها گیر کرده و آبی تصفیه شده و بدون سختی بدست می‌آید. ضمن اینکه آلودگیهای میکروبی و باکتریایی آب نیز گرفته میشود.
نمک زدایی ویژه و دفع مواد آلی در مرحله اول و تفکیک آبهای پرغلظت از آب مناسب شرب در مرحله دوم، یکی دیگر از اقدامات موثر ممبران نانو فیلتراسیون (NF Filter) محسوب میشود. از همین رو در انواع صنایع نساجی، تولید مواد شیمیایی، صنعت غذایی و امور پالایش آب بکار گرفته میشوند.
نحوه تصفیه توسط نانو فیلتراسیون
استفاده از نانو فیلتراسیون برای پالایش آب بدینگونه است که ابتدا سیال (غالباَ آب؛ اما میتواند شامل تصفیه اسیدهای خوراکی و… نیز باشد)، توسط پمپ‌های پرفشار از غشای نیمه تراوای ممبران عبور داده میشود. جالب است بدانید که:
- وجود پمپ پرفشار (برای پمپاژ آب) از یکسو؛
- و حفره‌های ریز فیلتراسیون از سوی دیگر،
موجب میشود تا بیش از 90-95% «Contaminants» در فرآیند تصفیه آب توسط این فیلترها حذف شوند. عناصر «Contaminants» شامل انواع:
- میکرو ارگانیسم‌ها،
- ویروسها،
- مواد باکتریایی خاص،
- ذرات معلق جامد،
- عناصر کلوئیدی،
- پروتئین‌های زائد و مازاد محلول
- و انواع نمکها و یونهای تک و چند بخشی
می‌باشند. به‌کمک ممبران های نانو فیلتراسیون، در ادامه «محلولهای حاوی نمک» از «آب تصفیه» جدا میگردند. نهایتاَ نیز بوسیله‌ی شیرآلات کنترل، خود آب بدست آمده به دو دسته‌ی «آب کاملاَ تصفیه» و «آبهای غلیظ» تفکیک میشود. بدین ترتیب، آبهای پالایش‌شده نهایی نیز بلحاظ خلوص، درصد بندی خواهند شد.
نکته: کلیه‌ی فعالیت تصفیه سازی توسط نانو فیلتراسیون، در یک سیکل عمودی اتفاق می‌افتد. اما مجموعاَ نحوه تصفیه آنها در زمره‌ی شیوه‌های «جریان‌متقاطع» دسته بندی میشود.
دقت تصفیه نانو فیلتراسیون
طراحی و تولید نانو فیلتراسیون با غشاهای حفره داری به اندازه 0.0001 میکرون، موجب از بین رفتن ذرات با اندازه‌ی یک نانو متر می‌گردد. باتوجه به این دقت چشمگیر در امر تصفیه، میتوان با ممبران نانو فیلتر، به آبهایی با درصد خلوص مختلف دست یافت. ویژگی مهم استفاده از این فیلترها، حفظ یونهای با جرم کم است. زیرا این یونها برای سلامتی افراد (بخصوص کودکان در حال رشد) حیاتی بشمار میروند و حذف بی‌مورد آنها در آب تصفیه‌شده، مضراتی را برای سلامتی انسانها به همراه خواهد داشت.
کاربردهای نانو فیلتراسیون
ممبران های نانو فیلتراسیون برای برآورده سازی انواع نیازهای صنعتی، کشاورزی، تولیدی، زراعی و البته تصفیه آب بکار گرفته میشوند. فلذا میتوان از این فیتلرها، به عنوان یکی از کاراترین سیستمهای فیلتراسیون آلودگی و عناصر محلول نام برد. برخی از مهمترین موارد کاربرد نانو فیلتراسیون ها به شرح زیر خواهد بود:
- تصفیه و پالایش آب
- برطرف سازی آلودگیهای آبهای سطحی
- سختی‌گیری مورد نیاز برای تأمین آب سیستمهای کولینگ (بخصوص برج خنک کننده)
- دفع عناصر شیمیایی مضر از زمین‌های زراعی و باغات. (دفع نیترات‌ها، سولفید، Phosphate و…)
- تفکیک نمک و آبهای پرغلظت از آب تصفیه شده‌ی نهایی
- پالایش آب و پساب برای صنایع غذایی
- صنایع باتری سازی. (امکان تفکیک و استخراج لیتیم هیدروکسید از پسابهای جاری در این صنعت)
- حذف عناصر اضافه شیمیایی از آبهای سیستمهای زهکش
- افزایش خلوص انواع اسید خوراکی و آلی
- کارخانجات تولید لوازم الکتریکی
- صنایع آبکاری. (بمنظور دفع نیکل و فلزهای سنگین از پسابها)
- واحدهای تولید لباس انبوه
- صنایع نساجی
- صنعت مواد غذایی.
- استخراج رنگینه‌ها و نمکهای محلول در تصفیه پساب صنایع ریسندگی و رنگسازی
- کارخانجات تولید چرم و کفش
- ساخت مواد بیولوژیکی
- کاربردهای عالی برای نیازهای پزشکی و آزمایشگاهی. (به‌جز محلولهای سرشار از کلر که به جای نانوفیلتراسیون، بهتر است از انواع فیلتر کربن فعال استفاده شود)
- واحدهای تولید آبمیوه
- ریکاوری (بازیابی) دوباره‌ی مواد غذایی در پروسه‌های تخمیری.
بکارگیری در صنعت نساجی
استفاده از نانو فیلتراسیون در صنعت نساجی، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می‌باشد. درهمین رابطه بایستی بدانید که حفظ رنگینه‌ها در صنعت نساجی، موضوعی پراهمیت است. رنگینه‌ها بطورکلی میتوانند رنگهای محصولات را عوض کنند. و یا در انتقال رنگها به سایر مواد، نقش یک هدایتگر را داشته باشند. به‌لطف بکارگیری نانوفیلتراسیون، میتوان به بازیابی رنگینه‌ها و اسید آمینه از پسابهای صنعتی اقدام نمود.
طی عملیات‌های ریسندگی نیز، مواد مختلف شیمیایی به نخ‌ها افزوده میشوند. بدین ترتیب نخ محکم و قدرتمندی بدست می‌آید که با نام پارچه‌های آهاردارشناخته‌شده هستند. وجود ممبران نانو فیلتراسیون، به بازپس گیری مواد آهاری از پسابهای نساجی نیز کمک ویژه‌ای میکند. آبهای بکاررفته در صنعت نساجی برای اقدامات مختلف تولید، رنگ‌گیری، ریسندگی و بافندگی نیاز به دفع نمک دارند؛ که این امر نیز توسط فیلترهای NF صورت می‌پذیرد.
نکته: پخت و سفیدگری پارچه‌های پنبه ای، هر روزه توسط کارخانجات رنگسازی و تولید البسه انجام میشود. لازم به‌ذکر است که ممبرانهای نانو فیلتر، برای بازیابی محلولهای سفید گر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نقش نانو فیلتراسیون در تصفیه آب
بدون شک نانو فیلتراسیون ها در زمره‌ی کارآمدترین ابزارهای تصفیه آب جای دارند. چراکه از یکسو میتوانند به سختی گیری آب کمک کنند. و از سوی دیگر، قادرند بخش عمده‌ی ویروسها و میکرو ارگانیسم‌ها موجود در آب را از بین ببرند. انواع نانوفیلتراسیون با قرارگیری در دستگاه آب شیرین کن، قادر به شیرین‌سازی آبهای شور دریایی نیز می‌باشند. وجود مواد آلی و برخی از فلزات در آب، همواره پیامدهای منفی برای سلامتی انسانها خواهد داشت. درهمین رابطه نکته‌ی پراهمیت اینجاست که:
نانو فیلتراسیون ها امکان دفع مواد آلی و فلزاتی همچون: مس، Zn، آهن و… را از آب دارند. ضمن اینکه به جهت فیلتراسیون و تصفیه دقیق، لایه‌ها و عناصر روغنی نیز توسط این نوع ممبران در فرآیند تصفیه آب حذف میشود.
طی یک فرآیند پالایش آب، معمولاَ نانوفیلترها در میان فیلترهای Ro و اولترافیلترها قرار میگیرد.
تصفیه آب رودخانه توسط نانو فیلتراسیون
آب رودخانه‌ها، منابع اب زیرزمینی و چاه‌ها را نیز میتوان با بهره‌گیری از نانو فیلتراسیون، تصفیه نمود. گاهاَ آبهای لوله کشی و رودخانه‌ها دارای مقادیر مضری از فلورایدها هستند. بکارگیری این فیلترها کمک میکند تا فلورایدها نیز از آب حذف گردند. البته آبهای شور نیز در یک واحد مجهز به سیستم اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون، قابلیت تصفیه دارند. اما بیاد داشته باشید که ابهای شور موجب انسداد حفره‌ها نانوفیلتر و کاهش عمر مفید آنها میشوند.
نهایتاَ میتوان آبهای تصفیه شده را در انواع مخزن فایبرگلاس بهداشتی برای موارد وقوع حوداث غیرمترقبه ذخیره سازی نمود. چراکه ابهای پالایش‌شده آماده استفاده مستقیم بوده و انجام هرگونه امور اضافی روی آنها بی‌مورد خواهد بود. در پالایشهای صنعتی، بهره گیری از این غشاها به کاهش مقادیر رادیم/ اورانیومها کمک شایان توجهی خواهد کرد.
گروه صنعتی سازآب به عنوان یکی از تأمین کنندگان مطمئن فیلتر NF در سراسر کشور شناخته میشود که حضور پررنگی را در بسیاری از پروژه‌های صنعتی کشور از خود به جای گذاشته است.
نانوفیلتراسیون در صنعت غذایی و لبنی
بررسی کارشناسان حوزه نانوتکنولوژی نشان میدهد که در صورت بهره گیری از الیاف آرگونید آلومینا نانوسرام 2 نانومتری در تولید نانو فیلتراسیون، فیلتر کردن 99.9999 درصدی:
- کیست‌های باکتریایی،
- عوامل ویروسی
- و یونهای تک یاخته‌ای
به‌خوبی صورت میگیرد. نانوفیلترها به همین دلیل، کاربردهای زیادی در صنایع غذایی و لبنی دارند. در صنایع لبنی، NF برای غلیظ کردن و جذب آب پنیر از سایر فرآیندهای آب پنیر و همچنین برای بازیافت مواد در محل استفاده میشود. در طول تولید شکر نیز، نانو فیلتراسیون شربت گلوکز و آب شکر ریز را غلیظ میکند. درعین حال همچنین میتواند آب نمک تبادل یونی را نمک زدایی کند. فیلترهای NF برای کف زدایی در فرآوری:
- روغن پخت و پز،
- تولید مداوم پنیر
- و تولید شیرین کننده جایگزین
نیز استفاده میشوند. تمام این کاربردهایی که به طور خاص ذکر شد، مبتنی بر آب هستند. اما نانوفیلتراسیون به تصفیه سوسپانسیون‌های آبی محدود نمیشود. چراکه قابلیت استفاده در بزرگترین پالایشگاه‌های نفت خام برای جداسازی نفت را هم خواهند داشت.
مقایسه اسمز معکوس و نانو فیلتراسیون
ممبران نانو فیلتراسیون میتواند به عنوان بخشی از فرآیند پیش تصفیه اسمز معکوس (RO) مورد استفاده قرار گیرد. فیلترهای اسمز معکوس بطورکلی فرآیند دقیقتری را برای تصفیه آب، نسبت به نانوفیلتراسیونها ارائه می‌دهند. همچنین به کلی میتوانند هرگونه رنگ، طعم و بوی نامطبوع آبها را برطرف نمایند. این در حالیست که به‌کمک انواع نانو فیلتراسیون، کدورت و بوی نامطبوع آبها تا حدی کاهش پیدا میکند.
اما در سوی مقابل در قیاس با فیلترهای RO، نانوفیلترها قیمت مناسبتر و کارکرد مفید طولانی‌تری دارند. ضمن اینکه در مقایسه با سیستمهای اسمز وارونه (RO)، هم پساب خروجی کمتری داشته و هم راندمان عملکردی بالاتری را ثبت می‌کنند.
انواع اشکال نانو فیلتر تصفیه آب
لایه‌های دو گانه ممبران غشایی نانو فیلتراسیون در شکل های متنوعی نظیر:
- صفحه‌ای،
- لوله‌ای،
- فیبر گونه؛ و
- مارپیچی
طراحی و تولید میگردند. اگرچه که بایستی اشاره داشت نانو فیلتراسیون های مارپیچی و لوله ای، از تقاضاهای بیشتری برخوردار می‌باشند. لایه‌ی اولیه برای تفکیک املاح و عناصر از آب و سختی‌گیری بکار می‌رود. لایه ثانویه نیز فشارها را در فرآیند تصفیه کنترل می‌نماید.
محصول پیشنهادی: فیلتر کارتریج
مزایای نانوفیلتراسیون
مهمترین مزایای ممبران نانو فیلتراسیون عبارت است از:
- حفظ خواص آب:
این ممبران ها علاوه بر ثبات PH آب، به حفظ مواد مفید آب نیز کمک می‌کنند.
- حذف آلودگی‌ها:
بهره گیری از نانو فیلتراسیون، کمک میکند تا انواع باکتریها، ویروسها و مواد سمی و آفت‌کش‌های محلول در آب، تا بیش از 90-95 درصد حذف گردند.
- دفع نمک:
نانوفیلتراسیون توانایی ویژه‌ای در تفکیک نمکهای محلول چندظرفیتی از آب دارد.
- سختی‌گیری:
میتوانند سختی آبها را در فرآیند تصفیه، به‌کلی از بین ببرند. با وجود ممبران نانو فیلتراسیون، نیاز به استفاده از هیچگونه ماده شیمیایی حس نمیشود. مزیت نانوفیلترها نسبت به سختی گیر آب اینست که توانایی دفع آهک‌ها را نیز دارند.
- قابلیت پالایش صنعتی:
این ممبران‌ها، پالایش صنعتی مواد آلی، غیرآلی و فلزهای سنگین موجود در آب را به خوبی انجام می‌دهند.
- تفکیک عناصر شیمیایی ریز:
قابلیت استخراج و تفکیک املاح و عناصر شیمیایی بسیار ریز را از محلولها و پسابهای صنعتی دارند.
- مصرف انرژی کم:
نانو فیلترها از نرخ فلاکس زیادتری بهره می‌برند. درنتیجه سطح غشایی محدودتری بکار گرفته شده و کاهش انرژی کمتری برای پمپاژ تغذیه‌ی سیالات بوجود می‌آید.
- ارائه دبی خروجی بیشتر.
ضعف های نانوفیلتراسیون
بعضاَ معایبی را نیز میتوان متوجه عملکرد نانو فیلتراسیون ها دانست:
- برای آبهای با کثیفی زیاد، به تنهایی کارآمد نیستند. بنابراین به پیش پالایش‌هایی با دقت 0.1 تا 19 میکرون نیاز خواهد بود.
- گاهاَ در تصفیه و حذف یونهای تک ارزشی، چندان خوب عمل نمی‌کند.
- میزان مصرف انرژی بیشتری نسبت به میکرو فیلترها و اولترا فیلتراسیونها دارند.
- در تصفیه آب های با حجم کلرهای زیاد، دچار مشکل و خرابی خواهند شد.
اجزای نانو فیلتراسیون
هریک از ممبران های نانو فیلتراسیون شامل اجزای تشکیل دهنده زیر هستند:
- غشای نیمه تراوا
- پمپ پرفشار سیال
- مخزنهای تحت فشار
- انواع لوله‌های متصل
- واحدهای رفع آلایندگی.
تخمین قیمت نانو فیلتراسیون
به‌جهت مشخص ساختن قیمت تمام شده نانو فیلتراسیون، توجه به بسیاری از پارامترهای تعیین‌کننده الزامیست. اما فارغ از این عوامل، بایستی اشاره داشت که استفاده از این غشاها میتواند در دراز مدت به کاهش هزینه‌های تصفیه آب (و تصفیه سایر سیالات صنعتی) کمک نماید. بعنوان مثال اگرچه کیفیت آب خروجی از سیستمهای اسمزمعکوس (در قیاس با NF) بالاتر است؛ اما پرهزینه‌تر هستند. مجموعاَ برای تخمین حدودی قیمت نانو فیلتراسیون، باید فاکتورهای زیر را مورد توجه قرار داد:
- کمیت ثبت‌شده برای میزان دقت تصفیه سیال
- شکل طراحی نانوفیلتر. (اشکال متفاوت: مارپیچ یا حلزونی، لوله‌ای، پلیت، فیبرگونه)
- سایز تولید
- تعداد لایه‌ها. (غالباَ بصورت دو لایه در دسترس می‌باشند)
- کیفیت و مارک سازنده پمپ
- محدوده دبی موردنظر
- کیفیت مواد اولیه پلیمری و… برای ساخت غشای NF. (جنس غشای NF نیز یکی از پارامترهای مهم تعیین هزینه ساخت، بشمار می‌رود)
- جنس مخزن تحت فشار
- قطر و جنس لوله‌های ارتباطی متصل
- قدرت و کیفیت سیستم کلییر نانو فیلتر
- درصد مقاومت در برابر انسداد و عناصر شیمیایی.
به تمامی فاکتورهای ریز و درشت ذکرشده، نوسانات دائمی بازارهای جهانی تأمین مواد اولیه و سود شرکتها را نیز میتوانید اضافه نمایید. با اینهمه، شرایط تماس تلفنی و حضور فیزیکی در دفاتر فروش گروه صنعتی ساز آب برای تمامی متقاضیان گرامی فراهم شده است تا از آخرین شرایط فروش و قیمت نانو فیلتراسیون ها آگاهی‌های لازم را کسب نمایند.
سوالات رایج
- تصفیه با نانو فیلتراسیون گران تر است یا تولید آب دیونیزه؟
باتوجه به دقت بسیار بالا در تهیه آب فوق خالص (دیونیزه)، مشخصاَ هزینه کار تصفیه آب نانوفیلتراسیون کمتر است.
- آیا این فیلترها در بازیابی و یا تولید مصنوعی عناصر شیمیایی نیز کاربرد دارند؟
بله؛ بخصوص در فرآیند تصفیه پسابها و بازیابی عناصر از پساب. (و یا ساخت برومید صنعتی و…)
- حذف گازها نیز توسط نانو فیلتراسیون انجام می شود؟
از بین بردن کربن دی‌اکسید در فعل و انفعالات صنعتی گازی، یکی از مهمترین نمونه‌هاست.
- نانو فیلتراسیون برای ساخت سوختهای هسته‌ای نیز کاربرد دارند؟
خیر. جهت ساخت سوختهای هسته‌ای به آب اولترا پیور (دیونیزه) نیاز است. بنابراین بایستی به نصب دستگاه دیونایزر اقدام شود.
- تمیزسازی سطح غشا چگونه ممکن است؟
با استفاده از مواد شیمیایی میتوان به رسوب‌زدایی و رفع آلایندگی‌های روی غشا اقدام نمود.
